9.1-9.4 脉冲单元电路

9.1脉冲电路概述9.2施密特触发器9.3单稳态触发器9.4多谐振荡器教学基本要求1、正确理解施密特触发器、单稳态触发器、自激多谐振荡器的工作原理和电路作用2、掌握上述电路的基本电路组成、逻辑功能分析及主要指标计算(a)(b)(c)(d)(e)1、模拟信号：正弦信号和非正弦信号2、脉冲信号：非正弦模拟信号3、脉冲电路：脉冲信号的产生、传输、变换等处理电路(a)(b)(c)(d)(e)4、脉冲信号的描述参数：a整体参数：波形的形状、周期（或重复频率）等b其中一个波形的具体参数：幅度、上升时间、下降时间、脉冲宽度等，不同的波形有不同的定义c占空比：脉宽与周期之比9.2.1集成门构成的施密特触发器9.2.2集成运放构成的施密特触发器9.2施密特触发器电路的组成及工作原理分析回差特性及其计算9.2.3施密特触发器的应用vItO1vt0.71.49.2.1集成门组成的施密特触发器G3G1SvO3vI&&DRG2QQ(a)1置0保持保持置1置0施密特触发器原型电路施密特触发器的电压传输特性vIVT+VT_vO00tt0vIvOVTHVTLVDD(a)工作波形(b)传输特性曲线9.2.1集成门构成的施密特触发器G3G1SvO3vI&&DRG2QQ1vItO1vt（a）上限阈值电压VTHvI上升过程中，输出电压由第一稳态跳变到第二稳态时，所对应的输入电压值。（VTH=1.4V）（b）下限阈值电压VTLvI下降过程中，输出电压由第二稳态跳变到第一稳态时，所对应的输入电压值。（VTL=0.7V）（3）回差电压ΔVTΔVT=VTH－VTL=0.7VΔVTVTHVTL施密特触发器的电路参数9.2.1集成门构成的施密特触发器0.71.4•施密特触发器属于电平触发电路，当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。•施密特触发器有两个阈值电压。输入信号增加和减少时，电路的阈值电压不同，电路具有如下图所示的传输特性。ovIvOVOHVOL(a)VTHVTLovIvO1VOHVOL(b)VTHVTL1vovI1vovI9.2.1集成门构成的施密特触发器施密特触发器的工作特点：•施密特触发器是一个双稳态电路，当输入信号维持不变时，输出电压不会发生改变。输入端带有施密特触发器的集成逻辑门2.TTL集成施密特触发器74LS1412345678910111213141A1Y2A2Y3A3Y4A4Y5A5Y6A6YVVDDSSCC401061.CMOS集成施密特触发器CC4010612345671A1Y2A2Y3A3YGND8910111213144A4Y5A5Y6A6YVCC74LS14施密特触发器的应用•接口电路——将缓慢变化的输入信号，转换成为符合TTL系统要求的脉冲波形•整形电路——把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲正弦波振荡器1VO输入输出VT+VT-1.波形变换及整形施密特触发器的应用vovIvovT2vT1ttt2.合理选择回差电压消除信号上的干扰施密特触发器的应用3.幅度鉴别vovI00ttVth(VT+)9.3.0门电路组成的微分型单稳态触发器9.3.2集成单稳态触发器9.3.3单稳态触发器的应用9.3单稳态触发器9.3.0集成门构成的微分型单稳态触发器原型电路1.电路vO1vO2vcRvI&&vO1vO2vcvI11R与非门构成或非门构成`vO1vO2vRvIvCCvCCtttttpivthtwt1t22.工作原理a)没有触发信号时，电路处于一种稳态vR111009.3.0集成门构成的微分型单稳态触发器原型电路vO1vO2vcRvI&&`vO1vO2vRvIvCCvCCttttvthtpitwt1t2vo1vRvO2vIvRvO2vO1vR0001b)外加触发信号后，电路进入暂稳态c)电容充电，VR下降至Vth，电路由暂稳态自动返回到稳态19.3.0集成门构成的微分型单稳态触发器原型电路vO1vO2vcRvI&&d)电容放电恢复，电路回到初始状态3.主要参数的计算ww0lnRRRRvvtvvt(1)输出脉冲宽度tw(2)恢复时间tre35ret(3)最高工作频率fmaxmaxminwre11fTtt0tRRRRvtvvveR(0+)=3.0R()=0=RCR(tW)=1.49.3.0集成门构成的微分型单稳态触发器原型电路`vO1vO2vRvIvCCvCCttttvthtpitwt1t2三要素公式估算9.3.2集成单稳态触发器(a)vOvItwtw(b)vOvItwtw不可重复触发可重复触发被重复触发不可重复触发两种工作情况1.不可重复触发的集成单稳态触发器74XX121≥1G8G4G1G2G3G5G6G7G9&&B&&&1111RextRintCextRintCext/RextQQA1A2a触发信号控制电路微分型单稳触发器输出缓冲电路1234567101112131498BCextRintCext/RextQQA1A2GNDNCNCNCVCCNC9.3.2集成单稳态触发器&≥1A1(3)A2(4)B(5)RintRext/Cext(11)Rint(9)Cext(10)Q(6)Q(1)74121Rext/CextRint(1)工作原理≥1G8G4G1G2G3G5G6G7G9&&B&&&1111RextRintCextRintCext/RextQQA1A2a电路稳态:Q=0,1Q01000在暂稳态期间即使有触发信号输入，在a点不产生触发脉冲，只有等电路返回稳态后，电路才会被再次触发，电路属于不可重复触发单稳态触发器。1.不可重复触发的集成单稳态触发器74XX121电路暂稳态:Q=1,1Q输出脉冲宽度：tw≈0.7RC9.3.2集成单稳态触发器(2)功能表74121功能表1234567101112131498BCextRintCext/RextQQA1A2GNDNCNCNCVCCNC定时电容定时电阻——内部定时电阻——外部11QA1A2BQ0X10X010XX00111X01111110XX01.不可重复触发的集成单稳态触发器74XX121（3）电路连接9.3.2集成单稳态触发器两种触发方式2.可重复触发的集成单稳态触发器74XX1229.3.2集成单稳态触发器≥1A1A2RintRext/Cext(13)Rint(9)Cext(11)Q(8)Q(6)74122&B1B2RDRDA1A2Q①电路有一个稳态，一个暂稳态单稳态触发器的工作特点：9.3单稳态触发器②在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态③暂稳态不能长久保持，电路会自动翻转回稳态④电路在暂稳态中持续的时间，由RC延时环节决定⑤可重触发与不可重触发的单稳态对触发脉冲的响应是不同的9.3.3单稳态触发器的应用1.定时与门单稳态触发器vAvBvOvItwtvIVOH0vBVOH0ttPotvAVOH0tvOVOH0twvOvAvIttttpitW2tw19.3.3单稳态触发器的应用2.延时vOvIvA单稳电路Ⅰ单稳电路Ⅱ(a)逻辑图RCCextCext/RextQ74121vovccBA1A2vIQC1DR噪声(b)波形图QvovIDCP(R)(b)波形图QvovI如果噪声是宽度较窄的尖脉冲，而有用信号的宽度较宽注意：单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度而小于信号脉宽，才可消除噪声9.3.3单稳态触发器的应用3.消除噪声9.4.0门电路组成的多谐振荡器9.4.4石英晶体振荡器9.4多谐振荡器电路的组成及工作原理振荡周期的计算9.4.2用施密特触发器构成多谐振荡器9.4.3用单稳态触发器构成多谐振荡器多谐振荡器是一种自激方波振荡器多谐振荡器VCC开关电路延时环节9.4多谐振荡器特点1、多谐振荡器2、多谐振荡器的基本组成开关器件：产生高、低电平多谐振荡器的电路应由那些电路组成？反馈延迟环节：利用RC电路的充放电特性实现延时，将输出电压恰当地反馈给开关器件使之改变输出状态以获得所需要的振荡频率。无稳态电路9.4.0集成门构成的多谐振荡器原型电路1.原型电路vO1vO2CRR&&设电路完全对称V01输出为高时，左边C充电，右边C放电`vRvRv02v01ttttt2t19.4.0集成门构成的多谐振荡器原型电路2.参数计算设电路完全对称缺点：参数不易调整；可能会停振`vRvRv02v01ttttt2t1110lnRRRRvvtvvt0tRRRRvtvvve三要素公式1212Tttt1fT9.4.2施密特触发器构成多谐振荡器CvovIR112DDTT+DDTTDDTT+DDTT--lnln()lnTTTVVVRCRCRVVVVVCVVVVvovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0t采用CMOS门电路R(0+)=VDDR()=0单稳Ⅰ进入暂稳态，脉宽为0.7R1C19.4.3单稳态触发器构成多谐振荡器vccBA1A2vccSR1R2C1C2CextCext/RextCextCext/RextQQ2Q1Q74121(Ι)74121(Ⅱ)vovccvccBA1A2vcc0011QA1A2BQ0X10X010XX00111X01111110XX0011010单稳Ⅱ进入暂稳态，脉宽为0.7R2C210单稳Ⅰ进入暂稳态，脉宽为0.7R1C1单稳Ⅱ进入暂稳态，脉宽为0.7R2C2T=0.7(R1C1+R2C2)9.4.4石英晶体振荡器由门电路组成的多谐振荡器周期T取决于RC和Vth，频率稳定性较差。X0fsfp电感性电容性f电路符号阻抗频率特性R：使反相器工作在线性放大区石英晶体振荡器优点：振荡频率稳定性高，常用作基准信号源1、石英晶体振荡器电路RR111G2G1G3vO振荡频率：石英晶体的标称频率石英晶体振荡器作为时钟基准示例121&石英晶体振荡器＞1J1KVCCCPvOQQ&C1CPQ129.4.4石英晶体振荡器习题P.383-9.9、9.10（C改为0.01uF）补充题：设须将某输入信号脉冲上升沿延迟20～50微秒，并使之整形为10微秒宽负脉冲。该信号的上升沿间隔不小于1毫秒。试设计电路实现方案，并计算有关电路参数。